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非质子锂-氧电池 (LOBs) 可以提供极高的能量密度，但由于典型的表面或溶液形成的绝缘固体 Li₂O₂，其很难同时实现快速可逆性和大容量。

调整 Li₂O₂ 的结构以在正极上创建大面积非晶层，预计将克服多重性能限制。

图1 结构设计示意图

基于此，中国科学技术大学宋礼、王昌达在国际期刊Advanced Functional Materials发表题为《Single-Atom Catalyst Induced Amorphous Li₂O₂ Layer Enduring Lithium–Oxygen Batteries with High Capacity》的研究论文。

图2 Ni─NG SAC电极在LOBs中的电化学性能

在此，作者通过绿色点击捕获策略，将单原子分散的镍锚定在氮掺杂石墨烯中，用作LOBs的正极催化剂（Ni─NG SAC）。

由于正极原子活性位点的最大化暴露，定制了Li₂O₂的形成/分解机制，并获得了大面积的Li₂O₂非晶薄膜。

图3 Ni─NG SAC阴极上非晶Li₂O₂层的形成机制

通过理论计算和同步辐射研究，作者探索了Ni─NG SAC的结构和功能。因此，丰富的 Ni─N₄ 位点增强了氧化还原动力学，并在 200 mA g⁻¹的电流密度下，提供令人印象深刻的24248/17656 mAh g⁻¹的放电/充电比容量，以及超过500次循环的长循环寿命。

这项研究通过构建独特的单原子催化剂来优化非晶放电Li₂O₂产物的形成，为实现具有长寿命的高容量LOBs提供了有益的见解。

文献信息：Single-Atom Catalyst Induced Amorphous Li2O2 Layer Enduring Lithium–Oxygen Batteries with High Capacity., 2024.

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